Transcript 탄수화물 - 식품영양과

탄수화물 (Carbohydrates)
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탄수화물이란?

함수탄소(Carbohydrate)라고도 한다.

총 섭취열량의 60%이상을 차지하는
주된 열량영양소

구성원소: 탄소, 수소, 산소 탄소(Carbon)와 물(H2O)
의 결합체

녹색식물(엽록소함유)의 광합성을 통하여 생성
종류: 단당류, 이당류, 올리고당류, 다당류

광합성에 의한 탄수화물의 합성
단당류(monosaccharide)

당질의 기본단위

구조가 가장 간단하다.

탄소수에 따라
- 3탄당(triose)
- 5탄당(pentose)
- 6탄당(hexose)

식품속에 주로 존재하는 단당류 : 6탄당
단당류(monosaccharide)

종류 : 포도당(glucose)
과당(fructose)
갈락토오스(galactose)

이 세가지 단당류는 분자량과 일반 분자식이 C6H12O6
로 모두 같지만 산소와 수소의 위치가 약간씩 달라 분
자의 모양과 맛이 다르다.
포도당(glucose)

포도에 많이 들어 있어 붙여진 이름

동물의 혈액 내에 들어있는 당질은
포도당이므로 혈당이라고 한다.
과당(fructose)

단당류중 단맛이 가장 강하다.

꿀이나 잘 익은 과일에 존재

간에서 포도당으로 전환
갈락토오스(galactose)

유즙 함유 이당류인 유당의 구성성분; 자연계에 갈락
토오스 자체로는 존재하지 않는다

단당류 중 단맛이 가장 약하다.

간에서 포도당으로 전환

신체에서 필요 시(ex. 수유부) 포도당으로부터 생성
이당류(disaccharide)

단당류 2분자가 결합된 물질

종류 : 자당(蔗糖, sucrose)
맥아당(maltose)
유당(lactose)
참고


庶 : 서민 서
蔗

: 사탕수수 자
단당류와 이당류를 묶어서
총당류(Total Sugar)또는 단순당(simple sugar)
이라 지칭
자당(sucrose)


포도당과 과당의 α-1,2 글라이코사이드 결합
사탕수수나 사탕무, 벌꿀에 존재, 설탕의 주성분
맥아당(maltose)

포도당과 포도당의 α-1,4 글라이코사이드 결합

엿기름 등의 곡식의 싹에 많이 존재
유당(lactose)

포도당과 갈락토오스의 β-1,4 글라이코사이드 결합

모유나 우유 등 유즙에 존재
올리고당류(oligosaccharides)

단당류가 3개 이상~10개 미만 결합된 물질

식품 함유 올리고당류 : 콩과 팥에 함유
라피노스(raffinose), 스타키오스(stachyose)

신체내 소화효소가 존재하지 않으므로 소화, 흡수 되
지 않음 대장으로 이동 박테리아에 의해 분해,
가스 생성
올리고당류(oligosaccharides)
라피노스(raffinose)
갈락토오스 + 포도당 + 과당
스타키오스(stachyose)
갈락토오스 2분자 + 포도당 + 과당
다당류(polysaccharide)

단당류가 10개 이상, 보통 수천 개 결합

분자의 크기가 매우 크다.

동물과 식물에서 탄수화물의 저장고 역할

종류 : 전분(starch, 식물성 탄수화물)
글리코겐(glycogen, 동물성 탄수화물)
섬유소(cellulose)
전분(starch)

구성: 포도당 중합체(polymer)

연결방식:
- 직선상(α-1,4 글라이코사이드결합)아밀로오스(amylose) 생성
- 직선상 + 가지 모양(α-1,6 글라이코사이드결합)아밀로펙틴
(amylopectin) 생성
* 전분 내 아밀로오스 : 아밀로펙틴 함유비 = 약 1:3

저장: 식물의 뿌리나 열매에 저장(곡류, 두류, 감자류 등)
전분(starch)
전분(starch)- 아밀로펙틴의 구조
한 포도당의 1번 탄소와 다른 포도당의 6번 탄소가 연결되면 가지가 생긴다.
글리코겐(glycogen)

동물성 전분(간과 근육에 저장)

구조 : 아밀로펙틴과 비슷

식물성 전분보다 가지형 연결이 많다.
식이섬유질(dietary fiber):
인간의 소화효소에 의하여 분해되지 않는 물질, 대부분 다당류
식이섬유질의 분류
분류
종류
주요 급원식품
불용성
식이섬유질
셀룰로오스,
헤미셀룰로오스,
리그닌
모든 식물, 밀겨, 통밀,
호밀, 쌀, 채소
가용성
식이섬유질
펙틴, 검,
헤미셀룰로오스 일부,
점액질
감귤류, 사과, 바나나,
보리, 귀리,
해조류, 두류
불용성 식이섬유질

물에 용해되지 않으며, β-결합 을 인체 장내에서 분해할 수 없기 때문에 소
화되지 않음

종류:
- 셀룰로오스: 포도당이 직선상(β-1,4 글라이코사이드 결합)으로
연결된 중합체, 식물의 형태 유지
- 헤미셀룰로오스: 소화가 되지 않아 변의 양을 증가시킴
- 리그닌: 식물의 껍질에 존재하는 알코올 유도체, 목질소라고도 함
식이섬유질(dietary fiber)


가용성 식이섬유질; 물에 용해, β-결합으로 연결된 다당류
종류:
- 펙틴: 과육에 풍부
- 검, 점액질: 보리, 귀리, 두류, 해조류 등에 풍부
식물세포들을 서로 붙게 해주는 시멘트 역할
소화기계
소화기계
소화과정의 두 종류
기계적 과정
* 근육 또는 치아에 의해 수행; 저작운동 및 연동운동
* 큰 입자를 작은 조각으로 쪼개어 주는 물리적인 작용
화학적 과정
* 산이나 소화효소에 의한 화학반응
* 각 영양소를 흡수되기 좋은 상태로 분해
탄수화물의 소화와 흡수
입
위
소장
- 기계적 작용(저작)
- 전분분해효소 프티알린(ptyalin)이 전분 분해
- 소화가 거의 이루어지지 못함
- 반액체상태의 유미즙(chyme) 생성
- 탄수화물 분해효소는 분비되지 않음
- 강한 염산이 자당 가수분해포도당, 과당
-분비 소화액 : 췌장액,소장액,담즙
- 췌장액 : 아밀레이즈(pancreatic amylase)
 전분을 이당류인 맥아당으로 분해
- 소장액 : 말테이즈, 수크레이즈, 락테즈
함유
소장액 중에 들어있는 탄수화물 분해효소의 기능
맥아당
포도당 + 포도당
말테이즈(maltase)
자당
포도당 + 과당
수크레이즈(sucrase)
유당
포도당 + 갈락토즈
락테이즈(lactase)
탄수화물의 흡수과정
 능동적 운반 : 포도당, 갈락토오스
- 세포막에 있는 특수한 운반체 이용
- 에너지 사용, 농도차에 역행하여 물질 운반
 촉진 확산 : 과당
- 확산과 같이 농도차에 따라 물질 운반
- 운반체를 이용하여 좀더 빠른 속도로 운반
(단, 운반체는 에너지를 사용하지 않는다)
 단당류의 흡수경로 :
소장 융모 상피세포 모세혈관문정맥간
(간에서 과당과 갈락토오스는 포도당으로 전환됨)
탄수화물의 소화와 흡수
대장
- 박테리아의 작용으로 가용성 섬유질 분해
 유기산(젖산, 초산, 프로피온산, 뷰티르산
등)과 가스 생성
- 유기산의 일부는 대장 벽세포에서 흡수
- 불용성 섬유질은 소화되지 않은 채로 직장
으로 이동, 대변으로 배설
포도당의 능동적 흡수
탄수화물의 대사; 포도당의 대사

대사(metabolism) : 생체 세포내에서 일어나는
여러 물질의 물리화학적 반응의 총화

흡수된 단당류 중 과당과 갈락토오스간에서 포도당으
로 전환 (∴) 흡수된 단당류는 모두 포도당 형태로 혈
액을 통해 운반 세포 내로 이동대사과정 수행

대사의 두 방향
동화작용 : 신체 내에서 어떤 물질을 합성하는 대사과정
이화작용 : 신체 내에서 어떤 물질을 분해하는 대사과정
포도당의 이화작용
11단계
•
•
•
•
•
해당과정(glycolysis)이라 지칭
혐기성(anaerobic)과정
세포질(cytoplasm)내에서 일어남
산소 유,무에 상관없이 일어남
포도당(1분자)이 피루브산(2분자)으로
분해되는 과정
포도당 대사
12단계
• 구연산회로(citric acid cycle),
TCA회로, 크레브스회로(Krebs cycle)
• 산소가 있을 때에만 일어남
호기성(aerobic)과정
미토콘드리아(mitochondria) 내에서 일어남
포도당의 대사경로
해당작용
(2 개)
포도당 대사
1. 해당작용
 포도당(C6) 1분자를 분해하여 피루브산(C3) 2분자 를 생성하
는 과정
 ATP 2분자와 NADH 2분자 생성
 산소가 부족한 경우에는 피루브산과 NADH가 반응하여 젖산
생성 ; (예: 과격한 운동 시) 젖산 축적 시 피로, 근육 통증
 산소가 충분하면 피루브산이 세포질에서 미토콘드리아로 운
반TCA회로완전 산화(ATP 생성)
TCA 회로
포도당 대사
2. TCA 회로
 산소가 있을 때 미토콘드리아 내에서 진행
 피루브산(C3) 아세틸 CoA(C2) + CO2
 아세틸 CoA는 옥살아세트산과 결합하여 TCA회로를
돌게됨
 아세틸 CoA 1분자가 TCA회로에서 생성하는 물질:
2CO2 + 3NADH + 1FADH2 + 1GTP
1.5
3. 전자전달계
+
1.5
포도당 대사
3. 전자전달계
 3대 열량소 및 알코올로부터 생성된 NADH와 FADH2 로부
터 ATP를 생성하는 과정
 미토콘드리아에서 일어나며 산소를 요구
 NADH, FADH2 의 수소와 전자
전자전달계 를 통해 이동
최종적으로 산소와 결합  물 생성
 수소와 전자가 전자전달계를 통과하여 이동하는 동안
발생하는 에너지  ATP 생성
 NADH 1분자  2.5 ATP 생성
FADH2 1분자  1.5 ATP 생성
포도당 대사- 총괄
 포도당의 완전산화 후 생성물:
에너지(ATP), CO2, H2O
 포도당 1분자 대사 시 생성하는 ATP 수:
1) 산소 부족 시: 2 ATP
2) 충분한 산소 공급 시: 30-32 ATP
- 해당과정에서 2ATP
2NADH  4.5 ATP (총 6.5 개ATP)
- TCA 회로에서 2GTP (= 2 ATP)
8NADH  20 ATP
2FADH2  3 ATP (총 25개ATP)
글리코겐 대사
글리코겐 합성
- 여분의 포도당으로부터 합성  간과 근육에 저장
- 포도당  UDP-포도당  글리코겐(n+1)
- 글리코겐 합성효소 (glycogen synthase)가 관여
- <성인> 간에 100g, 근육에 250g 정도 저장
- 글리코겐 생성 후 여분의 포도당은 글리세롤과(해당과정) 아세틸 CoA로
전환되어 지방산 합성(lipogenesis)하며, 중성지방을 만들어 피하지방조직에
저장
글리코겐 분해
- 포도당으로 분해되어 에너지원으로 사용
- 인산분해효소(phosphorylase)가 관여(비타민 B6가 조효소로 필요)
- 간 저장 글리코겐; 포도당으로 분해되어 혈당치를 높임
근육조직 내 저장 글리코겐; 해당작용과 TCA회로 거쳐 에너지 공급
글리코겐 대사
탄수화물 대사의 조절

정상혈당 : 70~110mg/100ml(공복기), 140mg/100ml(식후)
대사조절 호르몬 : 인슐린(췌장): 혈당 ↓
글루카곤(췌장) ↑, 에피네프린(부신수질) ↑, 노에피네프린(부신수질) ↑
탄수화물 대사의 조절-비타민에 의한 조절
조효소로서 탄수화물 대사에 관계하는 비타민 B 복합체
탄수화물의 생리적 기능
에너지원




1g당 4kcal 의 에너지 발생
적혈구와 중추신경계의 에너지원으로 이용
* 적혈구와 중추신경계의 유일한 에너지 급원 : 포도당
포도당 공급 부족 시; 주로 단백질로부터 포도당 합성
여분의 포도당은 체내에 저장(글리코겐 및 중성지방)
탄수화물의 생리적 기능
단백질 절약작용



탄수화물과 지방 섭취 부족 → 단백질이 에너지원
특히, 탄수화물 부족 시  단백질이 분해되어 포도당
합성
탄수화물과 지방
- 단백질이 에너지원으로 이용되는 것을 억제
- 단백질 고유의 기능을 수행하게 함
탄수화물의 생리적 기능
케톤증 방지

케톤증 : 체내에서 필요한 탄수화물이 부족하여 지질
이 분해될 때 지질 산화가 불완전하게 이루어지면서
중간산물인 케톤체가 혈액 내에 증가하는 현상

케톤체는 혈액을 산성으로 만들어 산독증 유발
적절한 탄수화물의 섭취는 지질의 산화를 도와주어
케톤증 유발을 방지

탄수화물의 생리적 기능
감미료로 조리 시 이용



단당류(포도당, 과당)
이당류(맥아당, 설탕)
올리고당류
탄수화물의 생리적 기능
식이섬유질 제공

구강의 저작활동을 자극, 타액과 위액 분비 촉진

위장의 포만감 유발
장내에서 물 흡수, 장 내용물의 부피 증가, 연동운동
촉진
배변량 증가




장내 통과속도 정상화
변비 예방
탄수화물의 생리적 기능
기타 기능



신체구성성분
점성다당, 점성단백질 : 손톱, 뼈, 연골, 피부
핵산구성성분 : 오탄당(ribose)는 DNA, RNA
의 구성 성분
영양소 흡수 : 유당은 소장의 칼슘 흡수를 도움
식생활과 탄수화물
식물성 급원

곡류 : 현미, 통밀, 쌀, 보리, 밀, 옥수수, 귀리

감자,고구마

곡류를 이용한 음식 : 떡, 빵, 국수, 과자류 등
당류식품 : 설탕이나 설탕을 넣어 만든 제품,
엿, 물엿, 사탕


채소,과일 : 식이섬유질의 급원,
당류(과당) 급원

두류 : 전분함유
식생활과 탄수화물
동물성 급원

간,근육 : 글리코겐 함유(소량)

우유와 유제품 : 유당 함유

꿀 : 과당, 포도당, 자당이 풍부
한국인의 탄수화물 섭취 실태
탄수화물의 에너지 섭취비 변화 추이
한국인의 탄수화물 섭취 실태
에너지 섭취량과 곡류 에너지비의 변화 추이
탄수화물 필요량

케톤증 예방을 위한 최소 필요량 : 50~100g/일

2005 한국인 영양섭취기준 중 탄수화물 권장수준
1) 탄수화물의 에너지 적정비율 : 55~70%
(단, 전곡, 채소, 콩 등 혈당지수가 낮은 복합탄수화물을 많이 섭취할 것)
2) 식이섬유 충분섭취량(g/일) : 12g/1000kcal x 성별, 연령군별 1일 에너지필요추정량
3) 한국 성인을 위한 식이섬유 충분섭취량 계산

남자 20~29세: 12g/1000kcal X 2600kcal/일=31.2g/일 → 31g/일

여자 20~29세: 12g/1000kcal X 2100kcal/일=25.2g/일 → 25g/일
탄수화물과 건강문제 - 섭취 과잉

체내에 에너지가 남을 경우 포도당은 지방산 합성
- 포도당이 아세틸 CoA에서 TCA 회로로 들어가지 않고
지방산 합성경로로 이동
- 해당경로의 중간과정에서 생성되는 글리세롤은 지방산
과 결합하여 중성지방 합성

체지방량의 증가로 비만, 당뇨병, 심장순환계 질병 유발,
수명 단축
탄수화물 섭취부족의 문제점
 케톤증 유발 과정 :
저탄수화물 식사  인슐린분비 감소 및 지방 분해 ↑
 아세틸 CoA 생성량 ↑
 옥살아세트산의 부족으로 아세틸 CoA가 TCA 회로로 진입 못함
 아세틸 CoA 농도↑
 케톤체 생성
 혈중 케톤체 ↑
 생성 케톤체의 종류:
아세토아세트산, 아세톤, β-하이드록시뷰티르산
 케톤증 증세 : 호흡에서 아세톤 냄새, 다갈, 다뇨, 뇌 손상
 예방법 : 하루 50~100g의 탄수화물 섭취
* 밥 1공기의 탄수화물 함량은 65g 정도
탄수화물 섭취 부족 시 케톤체 형성과정
탄수화물과 건강문제 - 당뇨병
 발병 원인 : 인슐린 부족, 또는 효율적으로 사용되지 못 할 때
 증세 :
1) 혈당 상승, (∵) 혈액 내 포도당이 세포 내로 들어가지 못함
2) 세포는 포도당 부족 상태
3) 세포가 지방을 분해 하여 에너지원으로 이용
4) (∴) 체지방 감소, 체중 감소
5) 케톤증 유발, 심하면 혼수상태, 사망
6) 뇨로 포도당 배출; 혈당 수준 160~180mg/100ml 이상일 때
 진단방법 : 당내성 시험
(공복 시 혈당 측정 및 당 섭취 후 30분 간격으로 2시간까지 혈당변화 측정)
 유형 : 인슐린 의존형, 인슐린 비의존형
 식이요법의 원칙 :
적정량의 에너지 섭취, 단순당류 제한, 적정 지방섭취, 충분한 단백질 섭취,
규칙적 식사, 운동시간과 식사시간의 균형
탄수화물과 건강문제-당뇨병
당뇨병의 진단기준
(단위 : mg/100ml)
탄수화물과 건강문제-당뇨병
당내성 시험결과 나타난 혈당의 변화곡선
탄수화물과 건강문제-당뇨병
당뇨병의 종류
탄수화물과 건강문제-유당 불내증

원인 : 락테이즈(유당분해효소) 분비량 부족

결과 : 유당이 분해되지 않은 채 대장으로 이동 대장 박테리아에 의해 유당 발
효, 유기산과 가스 생성 소화 안된 유당이 장내로 물을 끌어들여 설사 유발

증상 : 복통,설사, 복부 경련, 배에 가스나 공기가 꽉 찬 느낌

발병률 : 백인<흑인, 아시아인, 아프리카 인들

식이요법
- 다량의 유당섭취 절제, 소량(1회 12g정도, 우유 1컵 정도)씩 섭취
- 식사를 하면서 우유를 섭취
- 요구르트나 산처리 우유 등 미리 발효시킨 우유제품 공급
(유당을 유산으로 바꿈)
- 락테이즈가 첨가된 우유 섭취
- 우유나 유제품을 모두 받아들이지 못하는 사람 : 대치식품으로 영양소 공급
탄수화물과 건강문제-갈락토오스 혈증

선천적으로 간에 갈락토오스를 포도당으로 전환시키는
효소가 없어 혈액중에 갈락토오스 농도가 높아지는 증세

증상 : 구토, 설사, 황달, 영양실조, 백내장, 정신발달 지체

식이요법 : 유당 섭취 제한하여 갈락토오스 흡수 방지
* 특히 두뇌발달이 활발하게 이루어지는 생후 2년간의 영유아기에 철
저한 식이관리가 요구됨
탄수화물과 건강문제-충치와 설탕 섭취
설탕이란?
흰설탕, 황설탕, 각설탕, 꿀, 시럽, 단 음식이나 단 과자
등에 들어 있는 설탕을 지칭
* 설탕 : 빈 영양소 식품(empty calorie food)
오직 열량만을 제공하고 그 외의
영양소는 거의 들어있지 않기 때문
탄수화물과 건강문제-충치와 설탕 섭취
설탕이 치아에 미치는 영향

입안 박테리아는 치아에 남아있는 음식찌꺼기(특히 설탕)와 반응
하여 덱스트란(dextran) 생성 치아표면에 플라그 형성, 서식
* dextran : 포도당으로 구성된 수용성 다당류

플라그에서 박테리아가 대사작용에 의해 산(주로 젖산)생성
→ pH 4.0까지 저하
→ pH 5.5 이하에서 치아의 에나멜층 침식,용해
→ 충치발생
설탕 섭취 시 충치 유발 촉진 인자





설탕의 농도가 진할 때
설탕의 섭취빈도가 높을 때
식간에 간식으로 섭취할 때
설탕 함유식품의 물리적 형태가 끈끈할 때(카라멜)
단음료 – 치아의 틈으로 스며들기 용이
탄수화물과 건강문제-충치와 설탕 섭취
에나멜 층
충치
충치
치은
충치와 치아의 구조
탄수화물과 건강문제-충치와 설탕 섭취
충치 예방 지침
1. 하루 적어도 2회, 가능하면 매 식후 칫솔질
2. 칫솔질이 불가능하면 식후와 간식 후 물로 헹군다.
3. 식후와 간식 후 15-20분간 sugarless gum을 씹는 것
도 도움이 된다.
4. 매일 치실(dental floss)을 사용하여 플라그 제거
5. 불소첨가 치약 사용; 치아 에나멜층 보호
6. cariogenic food는 cariostatic food와 함께 섭취
7. 간식은 치즈, 견과류, 팝콘, 야채로 선택
8. 간식과 발효성 당음료의 섭취를 줄일 것
탄수화물과 건강문제-식이섬유질과 건강
기능
 불용성 식이섬유질
물 보유; 변을 부드럽게; 배변량 증가; 배변속도 증가;
변비 에방
 가용성 식이섬유질
물에 용해되어 gel 형성; 끈적한 점성 제공; 만복감 제공;
포도당 흡수 지연; 담즙산과 결합, 배설; 혈청 콜레스테
롤 수준 저하 효과
식이섬유질의 건강증진 효과
 비만
가용성 식이 섬유질의 경우 - 위 체류시간 연장, 포만감 제공
 당뇨
포도당 흡수 지연, 혈당의 급격한 상승 억제
 심혈관 질환
혈청 콜레스테롤 수준 저하, 심장혈관계 질병 예방
 담석증
담즙산 배설 촉진, 담석 형성 예방
식이섬유질과 건강 – 결핍증과 과잉증

결핍증
* 변비 : 대장의 활동성 저하가 원인
* 대장질환 :
장내압 상승 치질, 탈장, 다발성 게실증, 게실염
장내 박테리아 작용에 의해 발암성 물질 생성 대장암

과잉증
* 영양소 흡수율 저하(특히 비타민, 무기질 흡수 저하)
* 탈수 및 설사
(∴) 35g/일 이상의 섭취는 삼가야 한다.
탄수화물과 건강문제-식이섬유질과 건강
식이섬유질의 종류와 생리효과
불용성식이섬유질
가용성식이섬유질
낮춤
탄수화물과 건강문제-식이섬유질과 건강
게실증
탄수화물과 건강문제 – 알코올 대사
 알코올 흡수경로 :
위점막  혈액  간 (대사)
 대사 :
ethanol  acetaldehyde  acetic acid
acetyl Co A---TCA 회로를 거쳐 ATP 생성
 1g의 알콜은 7kcal 발생
 Acetaldehyde : 숙취의 원인물질 – 오심, 구토, 두통,
맥박 저하, 쇼크 등 유발
탄수화물과 건강문제-알코올과 건강
MEOS : 마이크로솜 알코올 산화계
알코올 대사경로
ADH : 알코올 탈수소효소
ALDH : 알데하이드 탈수소효소
탄수화물과 건강문제-알코올과 건강
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간질환 : 지방간, 알코올성 간염, 간경변 초래
(∵) 알코올 - 간에서 중성지방 합성↑, 지방분해↓
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소화기질환 : 위염, 식도 or 위장출혈의 원인, 위궤양 악화,
장점막 손상(영양소 흡수↓, 설사 유발)
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심혈관 질환 : 고혈압, 부정맥
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생식기능 저하 : 성욕감퇴, 성기능 부전